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Verbrennungskraftmaschine.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbrennungskraftmaschine mit zwei verschieden weiten Zylindern bzw. mit einem oder mehreren Sätzen von je zwei verschieden weiten Zylindern, die so arbeiten, dass der Brennstoff in den durch Verdichtung von Verbrennungsluft auf Entzündungstemperatur gebrachten engen Zylinder eingespritzt wird, und dass nach der Expansion der entzündeten Gase in dem engen Zylinder diese in den weiten Arbeitszylinder übergeführt werden, so dass sich die Arbeitsvorgänge der Maschine in zwei Druckstufen abspielen, nämlich in einer Hochdruckstufe der Verbrennung im engen Zündzylinder und in einer Niederdruckstufe der Expansion der verbrannten Gase im weiten Arbeitszylinder.
Die Erfindung bezweckt, den Betrieb derartiger Maschinen so zu leiten, dass sich die beiden Druckstufen möglichst stossfrei aneinanderschliessen, und dass eine möglichst vollkommene Verbrennung des Brennstoffs erzielt wird. Zur Erreichung dieser Zwecke werden gemäss der Erfindung unter Ausbildung der Maschine als Viertaktmaschine in den von dem engen Zylinder (bzw. Zylindern) nach dem weiten Zylinder (bzw. Zylindern) führenden Verbindungskanälen an deren Mündungen Abschlussventile vorgesehen, deren Steuerung so bewirkt wird, dass sie am Ende des Arbeitshubes der kleinen Zylinderkolben geöffnet werden, so dass die expandierten Gase eines kleinen Zylinders in den mit verdichteter Luft gefüllten Verbindungskanal nach dem ihm zugeordneten grossen Zylinder übertreten.
Bei der Maschine wird in den oder in die engen Zylinder vorzugsweise ein Überschuss an Brennstoff übergeführt, der hier nicht zur Verbrennung gelangt, sondern in den weiten Zylinder übertritt und dort unter Drucksteigerung der Gase zur vollständigen Verbrennung gelangt Der grosse Arbeitszylinder bzw. der grosse Zylinder ist in üblicher Weise mit einem Lufteinlass-und mit einem Auslassventil veisehen, die den Lufteintritt und den Austritt der Gase aus dem weiten Arbeitszylinder so steuern, dass die Luft während des Arbeitshubes des Zündzylinderkolbens in dem benachbarten grossen Arbeitszylinder verdichtet wird und dass nach Beendigung des Arbeitshubes des grossen Kolbens die verbrannten Gase ausgestossen werden.
Die Maschine wird mit mindestens zwei seitlich nebeneinanderliegenden Paaren von gleichachsigen Zylindern mit darin arbeitenden Stufenkolben ausgerüstet, wobei jeder Zündzylinder durch einen Verbindungsweg mit dem seitlich neben ihm liegenden anderen Arbeitszylinder in Verbindung steht. Eine in dieser Weise ausgebildete Maschine gemäss der Erfindung ist auf den Zeichnungen veranschaulicht und es zeigen Fig. 1 eine Seitenansicht der Maschine, Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch einen Zylindersatz und Fig. 3 einen Grundriss.
Mit A ist der kleine oder Zündzylinder bezeichnet, in dem ein Plungerkolben B angeordnet ist, der einen Ansatz des grösseren Kolbens 0 bildet, der in dem grösseren Zylinder D arbeitet. Beide Kolben sind starr miteinander verbunden, so dass sie sich wie ein einziger Kolben bewegen, und sind an die Kurbelwelle E durch eine Schubstange F angeschlossen. Die Zylinder sind von einem Hohlraum ss umgeben, der einen Wassermantel für in Umlauf gehaltenes Wasser bildet und die Zylinder auf einer hinreichend niedrigen Temperatur hält, um ihre Überhitzung zu verhüten.
Der obere Teil des kleinen Zylinders A läuft in einen verjüngten Raum a aus, nach dem sich Ventile b und c öffnen. Das Ventil b ist ein Einlassventil, durch das Aussenluft durch den Kanal d eingesaugt wird. Das Ventil c ist ein Auslassventil, das in seiner Offenstellung den Zylinder in Verbindung mit einer der Leitungen H setzt, die nach dem benachbarten grossen Zylinder D führt. Die Ventile b und e öffnen sich nach innen und werden durch Federn e, e gegen ihre Sitzflächen gepresst gehalten. Das Öffnen und Schliessen der Ventile wird durch Hebel f, f bewirkt, die unter dem Einfluss von Kurvenscheiben auf den Wellen g, g stehen.
An Stelle dieser besonderen Anordnung von Ventilen und deren Antriebsvorrichtungen könnten natürlich auch andere Einrichtungen vorgesehen sein, um die Ein-und Auslassorgane des Zylinders zu steuern.
Die die Kurvenscheiben tragenden Wellen g, g werden von der Hauptkurbelwelle J aus mit Hilfe von Ketten und Kettenrädern od. dgl. in der Weise angetrieben, dass die Wellen g, g eine Umdrehung machen, während die Kurbelwelle J zwei Umdrehungen ausführt.
Der Raum a und der Hub des Kolbens B sind so bemessen, dass die bei einem Saughub in den kleinen Zylinder eingesaugte Luft beim Druckhub so stark z sammengepresst wird, dass eine hohe Temperatur erzeugt wird, um schwere flüssige Kohlenwasserstoffe, wie z. B. Petroleum oder Kerosen, zu ent- . zünden. Der flüssige Brennstoff wird zusammen mit Luft durch eine Düse i am Kopfe des Zylinders A eingeführt, wobei diese Öffnung durch ein Nadelventil & geöffnet und geschlossen wird, das seinen Antrieb von einem gekröpften Hebel, l und einer Kurvenscheibe auf der Welle g erhält. Der flüssige Brennstoff befindet sich in einem Behälter r, von dem die Flüssigkeit durch ihre Schwere nach der Maschine hin fliesst oder der Brennstoff kann auch unter Druck zugeführt werden.
Der flüssige Brennstoff gelangt
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von dem Behälter r durch Röhren p, p nach Pumpen s, s, die durch Exzenter oder Kurbeln t, t auf der Welle g angetrieben werden. Bei jedem zweiten Hub jeder Pumpe wird ein Brennstoffstrahl durch die Röhren u, u in den Raum v rings um das Nadelventil k gedrückt.
Eine Druckluftpumpe P, die entweder unabhängig oder durch eine Kurbel R auf der Kurbelwelle J angetrieben werden kann, befördert Luft unter Druck nach einem Luftbehälter 0, wobei die Druckspannung dieser Luft höher bemessen wird als der Druck in dem Raum v des Zylinders A. Der Druekluftbehälter 0 steht in Verbindung mit dem Raum v, so dass dieser sowohl mit flüssigem Brennstoff durch
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gespeist wird.
Die grossen Zylinder D, D sind mit Lufteinlassventilen S, S und Auslassventilen T, T versehen, die ihren Antrieb von Kurvenscheiben auf der Welle g empfangen.
Die Wirkungsweise der Maschine ist wie folgt : Angenommen, die Teile befinden sich in der in Fig. 2 dargestellten Lage, und der Kolben der Maschine ist im Begriff, sich nach abwärts zu bewegen, um Luft in den Zündzylinder A einzusaugen. Beim Beginn der Abwärtsbewegung des Kolbens wird das Ventil b des Zündzylinders geöffnet und bleibt offen während der Dauer des Saughubes, so dass sich der Zündzylinder voll mit Luft füllt. Beim darauffolgenden Druckhub bleibt sowohl das Luftventil b als auch das Auslassventil c geschlossen, und es tritt daher eine Verdichtung und hohe Erhitzung der Luft ein. Beim darauffolgenden Beginn des Kolbenniederganges wird das Nadelventil k einen Augenblick
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hocherhitzte Luft eingespritzt werden kann.
Am Ende dieses Kolbenniederganges, der den Arbeitshub des kleinen Kolbens bildet und wählend dessen die Verbrennung des Brennstoffluftgemisches in dem Zündzylinder stattfindet, wird das Auslassventil e geöffnet und bleibt während des ganzen darauffolgenden Hochganges des Kolbens offen, so dass die heissen und brennenden Gase aus dem Zündzylinder durch den Verbindungskanal H in den grossen Arbeitszylinder des benachbarten Zylindersatzes übertreten, in dem gleichzeitig unter dem Einfluss dieser brennenden, Gase der grosse Kolben und gleichzeitig auch der kleine Kolben ihren Arbeitshub ausführen.
Beim Rückgange der Kolben im zweiten Zylinder nach dem Arbeitshub treten die brennenden Gase aus dem Zündzylinder in den nach dem ersten Zylinder führenden weiten Kanal H über, in den vorher die Luft auf die Expansionsspannung der Gase des Zündzylinders verdichtet war, so dass auch im ersten Zylinder der grosse Kolben seinen Arbeitshub unter den gleichen Bedingungen ausführt, wie für den zweiten Zylinder angegeben.
Das Öffnen und Schliessen der Ventile des grossen Arbeitszylinders in Abhängigkeit von der Kolbenbewegung geht in folgender Weise vor sich : Beim Beginn des Niedergangs des grossen Kolbens C wird zwecks Luftansaugung das Ventil S geöffnet und bleibt offen während der ganzen Dauer dieses Kolbenhubes oder doch annähernd während dieses ganzen Zeitraumes. Beim darauffolgenden Hochgang des Kolbens wird das Ventil S geschlossen, so dass die Luft im Zylinder und in dem Verbindungskanal H, der nach dem Zündzylinder des benachbarten Zylindersatzes führt, bis zum Ventil c hin verdichtet wird.
Beim nächsten Niedergang des Kolbens, bei dem das Ventil c geöffnet ist, treten die verbrannten Gase aus dem kleinen Zylinder a des Nachbarzylindersatzes an dem Ventil c vorbei in den grossen Zylinder über, vermischen sich mit der verdichteten Luft und dehnen sich während des Niederganges des grossen Kolbens C aus. Während des nächsten Hochganges des Kolbens C ist das Auspuffventil T geöffnet, so dass die ausgedehnten Gase ins Freie treten.
Da die Arbeitsgase beim Übertritt aus dem Zündzylinder des einen Zylindersatzes in den nach dem grossen Arbeitszylinder des andern Zylindersatzes führenden Verbindungskanal verdichtete Luft vorfinden, wobei die Abmessungen so gewählt sind, dass diese Luft ungefähr auf die Endspannung des im Zündzylinder zur Verbrennung gelangenden Verbrennungsgemisches verdichtet ist, so wird eine Stossbeanspruchung der Maschine nicht eintreten. Die Vermischung der Verbrennungsrückstände aus dem Zündzylinder mit der verdichteten Luft in dem nach dem Arbeitszylinder führenden Kanal hat auch eine Nachverbrennung der Brennstoffrückstände aus dem Zündzylinder zur Folge, so dass Verluste an Brennstoff infolge unvollkommener Verbrennung im Zündzylinder vermieden werden.
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Internal combustion engine.
The invention relates to an internal combustion engine with two cylinders of different widths or with one or more sets of two cylinders of different widths, which work so that the fuel is injected into the narrow cylinder brought to ignition temperature by compression of combustion air, and that after the expansion of the ignited gases in the narrow cylinder, these are transferred to the wide working cylinder, so that the machine's work processes take place in two pressure stages, namely in a high pressure stage of the combustion in the narrow ignition cylinder and in a low pressure stage of the expansion of the burned gases in the wide working cylinder .
The aim of the invention is to direct the operation of such machines in such a way that the two pressure stages join one another as smoothly as possible, and that the most complete possible combustion of the fuel is achieved. To achieve these purposes, according to the invention, with the design of the machine as a four-stroke machine, in the connecting channels leading from the narrow cylinder (or cylinders) to the wide cylinder (or cylinders) at their mouths, shut-off valves are provided, the control of which is effected in such a way that they at the end of the working stroke of the small cylinder piston are opened so that the expanded gases of a small cylinder pass into the connecting channel filled with compressed air after the large cylinder assigned to it.
In the machine, an excess of fuel is preferably transferred into the narrow cylinder or cylinders, which does not reach combustion here, but passes into the wide cylinder and there, when the pressure of the gases increases, achieves complete combustion. The large working cylinder or the large cylinder is in the usual way with an air inlet valve and an outlet valve, which control the air inlet and the outlet of the gases from the wide working cylinder so that the air is compressed during the working stroke of the ignition cylinder piston in the adjacent large working cylinder and that after the end of the working stroke of the large piston the burnt gases are expelled.
The machine is equipped with at least two laterally adjacent pairs of coaxial cylinders with stepped pistons working in them, each ignition cylinder being connected to the other working cylinder laterally adjacent to it by a connecting path. A machine according to the invention constructed in this way is illustrated in the drawings, and FIG. 1 shows a side view of the machine, FIG. 2 shows a vertical section through a cylinder set and FIG. 3 shows a plan view.
The small or ignition cylinder is designated with A, in which a plunger piston B is arranged, which forms an extension of the larger piston 0, which works in the larger cylinder D. Both pistons are rigidly connected to each other so that they move like a single piston and are connected to the crankshaft E by a push rod F. The cylinders are surrounded by a cavity ss which forms a water jacket for circulating water and keeps the cylinders at a temperature sufficiently low to prevent them from overheating.
The upper part of the small cylinder A ends in a tapered space a, after which valves b and c open. Valve b is an inlet valve through which outside air is sucked in through channel d. The valve c is an exhaust valve which, in its open position, places the cylinder in connection with one of the lines H which leads to the adjacent large cylinder D. The valves b and e open inwards and are held pressed against their seat surfaces by springs e, e. The valves are opened and closed by levers f, f, which are under the influence of cams on the shafts g, g.
Instead of this special arrangement of valves and their drive devices, other devices could of course also be provided in order to control the inlet and outlet elements of the cylinder.
The shafts g, g carrying the cam disks are driven from the main crankshaft J with the help of chains and chain wheels or the like in such a way that the shafts g, g make one revolution, while the crankshaft J makes two revolutions.
The space a and the stroke of the piston B are dimensioned in such a way that the air sucked into the small cylinder during a suction stroke is so strongly compressed during the pressure stroke that a high temperature is generated to remove heavy liquid hydrocarbons, such as. B. petroleum or kerosene to ent-. ignite. The liquid fuel is introduced together with air through a nozzle i at the head of the cylinder A, this opening being opened and closed by a needle valve & which is driven by a cranked lever l and a cam on the shaft g. The liquid fuel is located in a container r, from which the liquid flows due to its gravity towards the machine or the fuel can also be supplied under pressure.
The liquid fuel arrives
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from the container r through tubes p, p to pumps s, s, which are driven by eccentrics or cranks t, t on the shaft g. With every second stroke of each pump, a jet of fuel is forced through the tubes u, u into the space v around the needle valve k.
A compressed air pump P, which can be driven either independently or by a crank R on the crankshaft J, delivers air under pressure to an air reservoir 0, the compressive stress of this air being higher than the pressure in the space v of the cylinder A. The compressed air reservoir 0 is in connection with the space v, so that both with liquid fuel through
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is fed.
The large cylinders D, D are provided with air inlet valves S, S and outlet valves T, T, which receive their drive from cams on the shaft g.
The operation of the machine is as follows: Assume that the parts are in the position shown in FIG. 2 and the piston of the machine is about to move downwards in order to draw air into the ignition cylinder A. When the piston begins to move downwards, valve b of the ignition cylinder is opened and remains open for the duration of the suction stroke, so that the ignition cylinder is completely filled with air. During the subsequent pressure stroke, both the air valve b and the outlet valve c remain closed, and therefore compression and high heating of the air occurs. At the next beginning of the piston descent, the needle valve k is momentarily
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highly heated air can be injected.
At the end of this piston lowering, which forms the working stroke of the small piston and during which the combustion of the fuel-air mixture takes place in the ignition cylinder, the outlet valve e is opened and remains open during the entire subsequent upward travel of the piston, so that the hot and burning gases from the ignition cylinder pass through the connecting channel H into the large working cylinder of the neighboring cylinder set, in which the large piston and the small piston simultaneously perform their working stroke under the influence of these burning gases.
When the piston in the second cylinder retreats after the working stroke, the burning gases pass from the ignition cylinder into the wide channel H leading to the first cylinder, in which the air was previously compressed to the expansion voltage of the ignition cylinder's gases, so that in the first cylinder too the large piston performs its working stroke under the same conditions as specified for the second cylinder.
The opening and closing of the valves of the large working cylinder depending on the piston movement takes place in the following way: At the beginning of the decline of the large piston C, the valve S is opened for the purpose of air intake and remains open for the entire duration of this piston stroke or almost during this whole period. When the piston subsequently goes up, valve S is closed, so that the air in the cylinder and in the connecting channel H, which leads to the ignition cylinder of the adjacent cylinder set, is compressed as far as valve c.
The next time the piston descends, with valve c open, the burnt gases pass from the small cylinder a of the neighboring cylinder set past valve c into the large cylinder, mix with the compressed air and expand during the decline of the large one Piston C off. During the next upstroke of the piston C, the exhaust valve T is open, so that the expanded gases escape.
Since the working gases find compressed air when they pass from the ignition cylinder of one set of cylinders into the connecting duct leading to the large working cylinder of the other cylinder set, the dimensions being chosen so that this air is compressed approximately to the final voltage of the combustion mixture that is burned in the ignition cylinder, in this way, the machine will not be subjected to shock loads. The mixing of the combustion residues from the ignition cylinder with the compressed air in the duct leading to the working cylinder also results in post-combustion of the fuel residues from the ignition cylinder, so that loss of fuel due to incomplete combustion in the ignition cylinder is avoided.